Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die neue Sensitivit\u00e4t gegen\u00fcber der Gefahr eines Schmuggels von radioaktiven Substanzen oder gar waffenf\u00e4higem Kernmaterial hat die Entwicklung miniaturisierter intelligenter Kernstrahlungsspektrometer mit der F\u00e4higkeit zur Nuklididentifikation (so genannte RIDs = Handheld Radio Isotope Identifiers) forciert und einen wachsenden Markt daf\u00fcr geschaffen. Diese Ger\u00e4te ben\u00f6tigen bisher zur Kompensation physikalisch bedingter Driften der Systemverst\u00e4rkung eine radioaktive Quelle, die ein stabiles temperaturunabh\u00e4ngiges Referenzsignal liefert. Mit jedem Ger\u00e4t muss daher ein radioaktives Pr\u00e4parat geliefert werden – entweder als separate Quelle oder im Ger\u00e4t eingebaut. Das Ziel des Vorhabens bestand darin, ein Verfahren zur Stabilisierung der Systemverst\u00e4rkung auf der Basis von Leuchtdioden (LED) zu entwickeln, das ohne radioaktiven Referenzstrahler auskommt und trotzdem die erforderliche Genauigkeit ga-rantiert. Dieses Verfahren sollte in den von target produzierten identiFINDER implementiert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der wissenschaftlichen Literatur waren zum Temperaturverhalten von Szintillatoren und Leuchtdioden nur sp\u00e4rliche Informationen zu finden. Deshalb musste in der ersten Projektphase Grundlagenforschung im eigenen Labor betrieben werden. Dabei entstand ein Ger\u00e4tekonzept, das auf neuen Ideen und Methoden aufbaut und nur minimale Eingriffe in die bestehende Hardware erfordert.
\nIm zweiten Halbjahr wurde dieses Konzept schrittweise umgesetzt. Die Entwicklung spezieller Software-Tools erm\u00f6glichte den Test einzelner Verfahrensschritte an Versuchsaufbauten im Labor sowie den Entwurf der Stabilisierungsalgorithmen am PC unter Nutzung der realen identiFINDER-Elektronik, die De-tektorsignale direkt abtastet und digital filtert. Die Implementierung des Verfahrens, gleichbedeutend mit einem kompletten Umbau der identiFINDER-Firmware, konnte so in recht kurzer Zeit abgeschlossen werden. Schlie\u00dflich wurden mehrere Prototypen des neuen, LED-stabilisierten identiFINDERs aufgebaut und kritischen Tests unterzogen. Diese best\u00e4tigten die volle Funktionst\u00fcchtigkeit des Verfahrens und wiesen exzellente Ger\u00e4teparameter aus. Gegenw\u00e4rtig wird ein Prototyp von der IAEA gepr\u00fcft.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Aus dem Studium des Temperaturverhaltens von Szintillationsdetektoren und Leuchtdioden wurden neue Verfahren zur Messung der effektiven Szintillatortemperatur und der LED-Sperrschichttemperatur abgeleitet. Diese nutzen sonst eher st\u00f6rende Nebeneffekte aus – den Einfluss der Szintillatortemperatur auf Zeitkonstante der Lichtemission, die sich in der Signalform widerspiegelt, sowie das nichtlineare Verhal-ten von Dioden. Dadurch kann nun der der Einfluss der Temperatur auf beide Komponenten numerisch korrigiert und die Leuchtdiode in einem weiten Temperaturbereich als Referenzlichtquelle zur Stabilisie-rung des Photomultipliers eingesetzt werden.
\nIm LED-stabilisierten identiFINDER werden alle Detektorsignale nicht nur bez\u00fcglich der Impulsh\u00f6he, sondern auch hinsichtlich der Signalform analysiert. Das ist ohne Zusatzhardware m\u00f6glich, da diese Plattform ohnehin den kompletten Signalverlauf digitalisiert und speichert. Die Impulsformanalyse liefert aber nicht nur eine effektive Detektortemperatur, sondern erm\u00f6glicht auch die saubere Separation von LED-(Referenz-) und Szintillator-(Mess-)signalen. Die LED-Pulsung kann also unabh\u00e4ngig von der spekt-roskopischen Elektronik betrieben und bei Bedarf als separate Baugruppe ausgelegt werden.
\nMit der Kombination von LED-Stabilisierung und Impulsformanalyse ist es m\u00f6glich, die summarische Drift der Systemverst\u00e4rkung auch unter ung\u00fcnstigen Bedingungen, zum Beispiel bei schnellem Wechsel der Umgebungstemperatur oder bei ver\u00e4nderlicher Last (Z\u00e4hlrate), unter 1% zu halten. Die Stabilisierung ar-beitet auch dann noch zuverl\u00e4ssig, wenn das alte Verfahren mit interner Kalibrierquelle v\u00f6llig versagt, beispielsweise bei einem sehr hohen Strahlungsuntergrund.
\nDas realisierte Ger\u00e4tekonzept ist sehr einfach, das Verfahren robust und zuverl\u00e4ssig. Der Aufwand steckt haupts\u00e4chlich in der Firmware, insbesondere in der schnellen digitalen Signalfilterung und Analyse. Dadurch ist eine \u00dcberf\u00fchrung des Verfahrens in die Produktion schnell m\u00f6glich und praktisch schon reali-siert worden – die Nullserie wird bereits gefertigt.
\nAuf eine fest eingebaute radioaktive Kalibrierquelle kann im neuen identiFINDER verzichtet werden. Die Produktion und Entsorgung radioaktiver Substanzen wird vermieden, die Umwelt entlastet. Der Wegfall von Nachweisen und Genehmigungen f\u00fcr Beschaffung und Transport radioaktiver Pr\u00e4parate vereinfacht die Logistik im Unternehmen und reduziert den Aufwand auch beim Kunden.
\nGleichzeitig konnte mit der neuen Technologie die Sensitivit\u00e4t und Zuverl\u00e4ssigkeit der Nukliderkennung entscheidend verbessert werden. Das er\u00f6ffnet neue Einsatzfelder f\u00fcr den identiFINDER. Radioaktive Strahlungsquellen sehr geringer Aktivit\u00e4t k\u00f6nnen gefunden und sicher identifiziert werden. Das Ger\u00e4t ist damit bestens geeignet f\u00fcr mobile Messungen im Bereich der Umweltradioaktivit\u00e4t oder auch bei Lebensmittelkontrollen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Vier der im Rahmen des Projekts entwickelten innovativen Ideen sind mittlerweile durch Patentanmel-dungen gesch\u00fctzt worden. Daneben konnten ausgew\u00e4hlte Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen auf dem IEEE Nuclear Science Symposium 2004 in Rom der internationalen \u00d6ffentlichkeit in Form von Postern pr\u00e4sentiert werden. Die Konferenzbeitr\u00e4ge wurden zur Publikation in den IEEE Transactions on Nuclear Science eingereicht.
\nVorgesehen sind weitere Publikationen in Fachzeitschriften, Beitr\u00e4ge auf Fachkonferenzen sowie Vortr\u00e4ge und Prospekte der Firma anl\u00e4sslich von Ausstellungen, Tagungen und Messen. Zum Schutz der wirtschaftlichen Interessen des Unternehmens erfolgt die Ver\u00f6ffentlichung aber erst dann, wenn patentw\u00fcr-dige Erfindungen auch als Patente angemeldet sind.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des Projekts wurde ein Verfahren zur Stabilisierung von NaI(Tl)-Detektoren entwickelt, das unter rauen Feldbedingungen in einem gro\u00dfen Temperaturbereich sicher arbeitet und ohne radioaktive Quelle auskommt. Das Ziel des Projekts ist erreicht. Der Zeitplan wurde trotz der vielen, teils unerwartet auftretenden Detailprobleme eingehalten.
\nEine wichtige Voraussetzung f\u00fcr den Erfolg war die starke Konzentration von Kr\u00e4ften und Mitteln auf das Projekt, die ohne F\u00f6rderung durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt kaum m\u00f6glich gewesen w\u00e4re. Besonders attraktiv und motivierend f\u00fcr alle Beteiligten war die im Projekt angestrebte und auch erreichte Verkn\u00fcpfung von \u00f6konomischen Zielen mit positiven Umwelteffekten. Der Verzicht auf die interne Kalib-rierquelle wurde nicht mit Nachteilen erkauft, sondern mit einer besseren Ger\u00e4tequalit\u00e4t verbunden. Das schafft Vorteile im Wettbewerb und kann neue M\u00e4rkte erschlie\u00dfen, auch im Umweltbereich<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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